CN203101925U - 电动执行机构智能控制器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种电动执行机构智能控制器，属于智能仪器仪表和运动控制技术领域，包括主控制芯片、电源模块、检测部分、电机驱动模块、人机接口、远程通讯接口，通过检测部分的相序、温度、扭矩和位置检测模块，检测电动执行机构的运行状态和报警；32位主控制芯片接收检测的数据后，经过运算输出控制信号驱动电机驱动模块，实现对电机的动作控制；本实用新型由于采用了硬件模块化的设计方式，简化了控制器在不同类型的电动执行机构中的应用流程，采用低成本的32位主控制芯片，在提升性能的同时大大降低了成本。因此本实用新型可广泛应用于需要精确定位控制的电动执行机构技术领域。

Description

电动执行机构智能控制器
技术领域
本实用新型涉及用于智能型电动执行机构的控制器，属于智能仪器仪表和运动控制技术领域，具体地说是一种电动执行机构智能控制器。
背景技术
现有技术中，电动执行机构控制器普遍采用简单的模拟信号控制，基于PLC或者简单的单片机控制，存在着控制方式落后，可靠性不高，缺乏完善的保护和故障报警措施，以及必要的远程通信方法等问题，使得现有的电动执行机构系统不便于调试和维护，也不能根据生产的实际要进行参数的现场调整，不能组成网络进行远程控制。
传统的电动执行机构控制器不仅抗干扰性差，而且功能单一，不利于系统功能扩展；同时控制精度也很差，无法用于现在精度要求越来越高的应用要求。因此研发数字化、高精度、集成化高、适用性强的电动执行机构智能控制器是迫切需要解决的技术问题。
实用新型内容
针对现有技术的问题和缺陷，本实用新型提供一种可以提高控制速度和精度，并能降低成本的控制器。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种电动执行机构智能控制器，包括主控制芯片、电源模块、检测部分、电机驱动模块、人机接口、远程通讯接口，其中，电源模块与主控制单元的电源接口连接；电机驱动模块为交流接触器，交流接触器的输入端与主控制单元的控制输出端连接，交流接触器的输出端与驱动电机连接；检测部分包括设置在驱动电机上的传感器和监测电路，驱动电机的传感器与监测电路输入端连接，监测电路输出端与主控制单元的信号输入端连接；主控制单元通过远程通讯接口与远程控制系统数据连接。
控制器采用低成本的32位芯片作为核心控制芯片，其内置的软件完成了整个系统的控制功能，系统软件采用时间轮询系统，分为驱动层、中间层和应用层等三层结构。
所述传感器包括30位多转圈绝对值旋转编码器、压电陶瓷晶体扭矩传感器、相序监测电路和温度传感器；所述监测电路包括位置监测电路、扭矩监测电路、相序监测电路和温度检测开关。通过检测部分的相序、温度、扭矩和位置检测电路，检测驱动电动执行机构的运行状态和报警；检测信号输入主控制芯片后，主控制芯片运算后输出控制信号控制电机驱动模块，实现对电机的动作控制。
控制器的远程通讯接口提供了多种接口与远程系统完成信息交换；所述远程通讯接口包括总线接口、硬件线输出接口和工业以太网接口。所述硬件线输出接口包括开关量接口和模拟量接口。
控制器同时还具备了人机接口，提供了就地操作人员和控制器之间的交互接口；所述人机接口包括液晶显示器接口、磁控旋钮接口、红外遥控器接口和蓝牙遥控器接口。
所述电源模块包括电源板、整流器、变压器和电源芯片，整流器输入端与380V或220V交流电源连接，整流器输出端与变压器输入端连接，变压器输出端与电源芯片输入端连接，电源芯片输出端与主控制芯片的电源端连接。将380VAC或220VAC供电电源转换为主控制芯片内部电源。
本实用新型由于采用了低成本的32位芯片作为主控制芯片，克服了使用PLC和单片机的缺点，大大提高了控制速度和精度的同时，降低了控制器的成本。在检测部分，采用了数字式的位置检测模块将精确检测阀门的实时位置；采用了数字式的扭矩检测模块将以精确的数字量反馈阀门的实时扭矩；采用了数字式的相序检测模块，可以动态实时检测电源相序并发出缺相报警。这些都确保了电动执行机构控制器很高的控制水平。
同时由于本实用新型采用的硬件模块化，因此在多种模块的选择上，可以自由选择。例如电机驱动模块，可以选择交流接触器，可以选择伺服驱动器，也可以选择变频器，以适合驱动不同电机。因此本实用新型可以适应于各种电动执行机构，只需要对软硬件模块进行选择。
本实用新型具有数字化的系统控制功能，运行安全稳定可靠，控制水平先进，功能完善，操作简便，可靠性强，抗干扰性高，大大提高了电动执行机构的控制水平，并降低了使用成本，解决了目前电动执行机构所面临的难题。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型的硬件组成示意图；
图3是本实用新型电源模块示意图；
图4是本实用新型的软件组成示意图。
具体实施方式
如图1，本实用新型主要共由六大部分组成，即电源模块；电机驱动模块；检测部分，包括四个模块；人机接口部分，包括四个模块；远程通讯接口部分，包括三大模块；以及32位主控制芯片。其中检测部分、32位主控制芯片以及电机驱动模块构成控制器的主回路；电源模块作为控制器的供电部分；人机对话接口和远程通讯接口作为辅助部分，完成系统与操作人员和远程系统的信息交互。
本实用新型的硬件组成如图2和图3。其中，电源模块采用变压器、整流桥和意法半导体公司的LM2576-05、LM2576-12等非线性电源稳压芯片构成，将380VAC或220VAC转化为5V、12V等稳压电源。
传感器部分包括由安华高公司AEAS-7500和AEAT-86AD组成的30位多转圈绝对值编码器，其输入信号由德州半导体公司的SN26LS31和SN26LS32芯片组成的SSI串行接口接入主控制芯片，由基于安华高公司的HCPL200线性光耦的组成模拟量输入电路用于接入扭矩信号，由基于日立公司的光耦TLP521的三路开关量输入接口5用于电源相序检测和电机过热检测信号输入。
主控制芯片采用基于ARM公司Cortex-M3内核的意法半导体公司32位控制器STM32F103芯片。主控制芯片输出的电机控制信号经接触器驱动电路驱动交流接触器。
远程通讯接口包括开关量和模拟量接口，包含4路开关量输入用于开、关、停止和紧急动作输入，1路模拟量输入控制电动执行机构的开度，8路开关量输出用于指示状态和报警，2路模拟量输出用于输出开度和扭矩的实时值；同时提供MODBUS-RTU和PROFIBUS-DP两种总线接口用于总线通讯，提供工业以太网接口用于接入工业以太网。人机对话接口，以HSDL-7001芯片为基础的IRDA红外遥控接口，6个MK14103干簧管组成的磁控旋钮，以及TG12864-D04液晶显示屏。
本实用新型的软件如图4所示。软件采用时间轮询系统，软件结构分为三层，分别为驱动层、中间层和应用层。驱动层主要完成软件上对各硬件部分的控制和信息采集，包括各类传感器驱动、液晶屏驱动、总线接口驱动等；中间层将实现一些单独的功能，例如液晶显示、MODBUS总线、行程和扭矩检测值的刷新等，中间层将根据需要调用相应的驱动层层序；应用层将根据电动执行机构的工艺需要，分为电机控制程序、人机对话菜单、总线控制程序等，将根据需要调用相应的中间层程序。所有的这些程序将根据创建的时间轮询系统进行调用。
本具体实施例的工作原理如下，绝对值编码器通过SSI串行接口将检测到的阀门绝对开度值传送给主控制芯片，主控制芯片将该开度值与通过远程通讯接口或人机接口设定的门开度值比较，同时模拟量输入电路反馈的扭矩值是否超限，开关量输入电路反馈的电机过热或电源缺相报警是否存在，如果一切状态均为正常，则当实际开度值超过设定开度值时，输出控制信号驱动交流接触器控制阀门往关向运动，反之输出开门信号；通过人机接口，就地操作员可以进行就地操作、参数设定和调试；通过远程通讯接口，远程控制器可以接收控制器反馈的运行和报警信息，并且可以输出远程控制信号给电动执行机构。

Claims (6)

1.一种电动执行机构智能控制器，包括主控制芯片、电源模块、检测部分、电机驱动模块、人机接口、远程通讯接口，其特征是：电源模块与主控制单元的电源接口连接；电机驱动模块为交流接触器，交流接触器的输入端与主控制单元的控制输出端连接，交流接触器的输出端与驱动电机连接；检测部分包括设置在驱动电机上的传感器和监测电路，驱动电机的传感器与监测电路输入端连接，监测电路输出端与主控制单元的信号输入端连接；主控制单元通过远程通讯接口与远程控制系统数据连接。
2.根据权利要求1所述的电动执行机构智能控制器，其特征是：所述传感器包括30位多转圈绝对值旋转编码器、压电陶瓷晶体扭矩传感器、相序监测电路和温度传感器；所述监测电路包括位置监测电路、扭矩监测电路、相序监测电路和温度检测开关。
3.根据权利要求1所述的电动执行机构智能控制器，其特征是：所述远程通讯接口包括总线接口、硬件线输出接口和工业以太网接口。
4.根据权利要求3所述的电动执行机构智能控制器，其特征是：所述硬件线输出接口包括开关量接口和模拟量接口。
5.根据权利要求1所述的电动执行机构智能控制器，其特征是：所述人机接口包括液晶显示器接口、磁控旋钮接口、红外遥控器接口和蓝牙遥控器接口。
6.根据权利要求1所述的电动执行机构智能控制器，其特征是：所述电源模块包括电源板、整流器、变压器和电源芯片，整流器输入端与380V或220V交流电源连接，整流器输出端与变压器输入端连接，变压器输出端与电源芯片输入端连接，电源芯片输出端与主控制芯片的电源端连接。
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